ВВЕДЕНИЕ 5
1 АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 7
1.1 Анализ текущего состояния и проблем в области разработки
автономных автомобилей 7
1.1.1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АВТОНОМНОГО АВТОМОБИЛЯ 7
1.1.2 АНАЛИЗ КОМПЕТЕНТНОСТИ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ МОЩНОСТЕЙ НТЦ
ПАО «КАМАЗ» ДЛЯ СОЗДАНИЯ АВТОНОМНОГО АВТОМОБИЛЯ 13
1.1.3 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР АППАРАТНЫХ СИСТЕМ АВТОНОМНОГО
АВТОМОБИЛЯ 14
1.1.3.1 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ АВТОНОМНОГО АВТОМОБИЛЯ 15
1.1.3.2 АНАЛИЗ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ ДЛЯ СОЗДАНИЯ АВТОНОМНОГО
АВТОМОБИЛЯ 18
1.1.3.3 АНАЛИЗ КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ 21
1.1.3.4 АНАЛИЗ ВЫЧИСЛИТЕЛЕЙ 24
1.2 Анализ программного обеспечения для управления ТС через CAN- шину26
1.3 Аналитический обзор существующих решений в области создания
автономных автомобилей 28
1.3.1 ЗАРУБЕЖНЫЕ РАЗРАБОТКИ В ОБЛАСТИ АВТОНОМНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ.... 28
1.3.2 ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ РАЗРАБОТКИ В ОБЛАСТИ АВТОНОМНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ 32
1.4 Выводы по разделу, обоснование необходимости разработки системы управления электронными блоками беспилотного автомобиля 33
2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫМИ БЛОКАМИ БЕСПИЛОТНОГО АВТОМОБИЛЯ 35
2.1 Концептуальное моделирование 35
2.2 Функциональное моделирование с использованием методологии IDEF
36
2.3 Описание модели алгоритма с использованием методологии UML .. 39
2.4 Выводы по разделу 44
3 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫМИ
БЛОКАМИ БЕСПИЛОТНОГО АВТОМОБИЛЯ 45
3.1 Структура системы управления электронными блоками беспилотного автомобиля 45
3.2 Описание алгоритма управления электронными блоками
беспилотного автомобиля 46
3.3 Выбор программной среды разработки 48
3.4 Реализация системы управления электронными блоками
беспилотного автомобиля 49
3.5 Выводы по разделу 57
4 ИНФОРМАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ 58
4.1 Виды рисков и методы защиты от них 58
4.2 Перечень контрмер информационной безопасности 65
4.3 Выводы по разделу 66
5 ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМЫ 68
5.1 Расчет затрат на разработку и внедрение системы 68
5.2 Оценка эффективности внедрения системы 69
5.3 Выводы по разделу 70
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 72
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 73
Последние несколько десятилетий можно охарактеризовать значительным ростом числа транспортных средств (далее ТС) и сопровождающимся наращиванием дорожной инфраструктуры. Одновременно с этим были разработаны различные системы автоматизированного управления движением ТС в целях повышения безопасности дорожного движения, пропускной способности дорог и комфорта движения.
Главная тенденция современного развития автомобильной техники - уменьшение нагрузки на водителя с переходом в долгосрочной перспективе к полностью автономным транспортным средствам. При этом оператор будет задавать только лишь требуемый пункт назначения или промежуточные пункты, в то время как авторобот будет сам определять маршрут, выбирать режимы движения, контролировать своё состояние и отрабатывать нештатные ситуации. Задача разработки полностью беспилотного автомобиля достигается за счет постепенного внедрения отдельных автономизированных функций помощников при движении автомобиля (адаптивный круиз-контроль, помощь при парковке, функция экстренного торможения и т.п.).
Однако системы управления автомобилем, на которые можно было бы полностью положиться, заменив ими водителя, все еще находятся в разработке. Автомобили с частично автоматизированным вождением уже коммерчески доступны, следующий шаг - полностью автономные машины [1].
Ведущими автопроизводителями в области разработки беспилотных транспортных средства на данный момент считают
Их разработки уже вовсю тестируются или уже выпускаются и дорабатываются.
В России есть несколько опытных образцов автопилота, но до уровня
зарубежных коллег отставание очень сильное. Только сейчас российские
автопроизводители стали активно развиваться в данной сфере. Так как для
5
России эта сфера инновационная, возникает ряд проблем для развития автономных автомобилей в России. Одна из них - отсутствие решения для согласования нижнего уровня электронных блоков управления (ЭБУ) автомобилем с управляющими вычислителями верхнего уровня беспилотных автомобилей.
Поскольку коммуникация ЭБУ на современных автомобилей таких как двигатель, коробка переключения передач, рулевого управления, блок управления тормозами и электрооборудованием осуществляется по CAN- сети, процесс управления человеком над этими блоками извне невозможен без специального программного и аппаратного обеспечения. И для того, чтобы осуществить полное управление над автомобилем необходимо реализовать быстродействующую коммуникацию между верхним уровнем управления и нижним.
На данный момент отсутствует программно-аппаратное решение для согласования верхнего и нижнего уровней управления автомобилем. Соответственно возникает необходимость во внедрении отладочных плат для управления всеми ЭБУ автомобиля на высоком и низком уровне.
В контексте данной магистерской работы, предлагается реализация модуля, интегрирующий верхний уровень управления с CAN-сетью автомобиля КАМАЗ-5350. Модуль представляет себя отладочную плату STM32F303.
Целью данной выпускной квалификационной работы являлась
разработка системы управления электронными блоками беспилотного
автомобиля.
В первом разделе был проведен анализ состояний и проблем в области
создания беспилотных автомобилей, проведен аналитический обзор
существующих решений в области аппаратных компонентов для реализации
беспилотного автомобиля, а также обоснована целесообразность разработки
системы управления электронными блоками беспилотного автомобиля.
Во втором разделе была построена концептуальная модель системы
управления движением беспилотного автомобиля, выполнено
функциональное моделирование предметной области с использованием
методологии IDEF, описана модель системы управления движением
беспилотного автомобиля с использованием методологии UML.
Третий раздел содержит описание структуры и алгоритма системы
управления электронными блоками беспилотного автомобиля, представлена
программная реализация системы управления электронными блоками
беспилотного автомобиля в программных средах STM32CubeMX и Keil
uVision.
В четвертом разделе была проанализирована информационная
безопасность системы.
В пятом разделе была обоснована экономическая эффективность и
целесообразность разработки системы.
В рамках выпускной квалификационной работы был проведен анализ
существующих систем управления электронными блоками автомобиля,
который выявил ряд недостатков, обосновывающих необходимость
разработки системы, необходимого для дальнейшей реализации
беспилотного автомобиля.
